Augalų mityba - tai procesas, kurio metu augalai ima iš aplinkos cheminius elementus, perdirba juos savo ląstelėse ir paverčia junginiais, būdingais atitinkamai augalų rūšiai. Augalų mitybai būtini šie cheminiai elementai: anglis, deguonis, vandenilis, azotas, fosforas, siera, kalis, kalcis, magnis, geležis ir mikroelementai.
Šiuos elementus augalai ima iš oro (anglies dioksido pavidalu) ir iš dirvožemio (vandens ir mineralinių druskų jonų pavidalu). Dauguma augalų mineralines medžiagas fotosintezės ir chemosintezės būdu geba paversti organinėmis. Aukštesnieji sausumos augalai anglies dioksidą ir deguonį gauna per lapus, mineralines druskas - per šaknis arba rizoidus, žemesnieji (bakterijos, grybai, dumbliai) maisto medžiagas pasisavina per visą paviršių. Kai augalui trūksta maisto medžiagų, jaunos jo dalys dar auga, vartodamos ir reutilizuotas senesniųjų augalo organų maisto medžiagas; kai maisto medžiagų labai trūksta, jie nebeauga, eikvoja savo maisto medžiagas tik gyvybei palaikyti ir sėkloms išauginti.
Viena aktualiausių žemdirbystės ir agrotechnikos problemų yra augalų aprūpinimas maisto medžiagomis. Augalų mityba lemia medžiagų apytaką gamtoje.
Agrochemija ir Jos Svarba Augalų Mitybai
Teorinius šios problemos sprendimo pagrindus padėjo agrochemijos mokslas. Agrochemija - mokslas, nagrinėjantis augalų, dirvožemio ir trąšų tarpusavio sąveiką žemės ūkio augalų augimo procese, maisto medžiagų apykaitą žemdirbystėje, trąšų panaudojimą augalų derlingumui padidinti, derliaus kokybei bei dirvožemio našumui pagerinti. Šiuo metu visame pasaulyje pagrindinis žemės ūkio produkcijos prieaugis gaunamas intensyvinant gamybą. Todėl labai svarbi chemijos, ypač trąšų ir kitų biologiškai aktyvių cheminių medžiagų, pramonė.
Agrochemijos metodai:
- Biologiniai
- Dirvožemio, augalų ir trąšų laboratorinės analizės
- Matematiniai metodai; bandymų rezultatų statistinis įvertinimas
- Mikrobiologiniai ir biofizikiniai metodai
Trąšomis vadinamos mineralinės ir organinės medžiagos, kuriose yra augalų maisto medžiagų. Dirvožemyje jos mobilizuoja atsargines augalų maisto medžiagas ir padidina dirvožemio našumą. Trąšos veikia tiesiogiai ir netiesiogiai.
Tiesiogiai veikiančios trąšos augalus aprūpina maisto medžiagomis: amonio salietra - azotu, superfosfatas - fosforu, kalio chloridas - kaliu ir kt. Netiesiogiai veikiančios trąšos - kalkės ir gipsas - neutralizuoja augalams žalingą rūgščią arba šarminę reakciją, gerina dirvožemio struktūrą, šilumos režimą naudingų mikroorganizmų veiklą ir mobilizuoja daugiau augalų maisto medžiagų, tai yra padidina dirvožemio našumą ir pagerina augalų mitybos sąlygas.
Aplinkos Veiksniai, Darantys Įtaką Augalų Mitybai
Mažai maisto medžiagų patenka į augalus pablogėjus dirvožemio aeracijai, esant žemai temperatūrai, drėgmės pertekliui arba trūkumui. Kai didelė druskų koncentracija, augalai vandenį bei masto medžiagas pasisavina labai lėtai. Kuo šviesos intensyvumas stipresnis, tuo mineralinės mitybos elementų apykaita didesnė.
Šaknų išskyrų reakcijos yra rūgščios, nes išskyrose yra angliarūgštės, oksalo, citrinos, obuolių ir kitų rūgščių. Todėl reakcija gali būti pH 4,0. Tirpdo įvairius junginius.
Augalai pradeda siurbti (įsisavinti) maistines medžiagas, kai temperatūra viršija 0°C, geriausiai jas siurbia esant +18-+20°C ir nustoja, kai viršija +40°C.
Dirvožemio drėgmės perteklius sukelia deguonies trūkumą augalams, silpnina kvėpavimą ir energijos gamybą (aeracija).
Apipurškus augalų lapus mineralinių druskų tirpalais, labai padidėja fotosintezės intensyvumas, o paspartėjus šiam procesui, ir šaknys pradeda sparčiau siurbti jonus.
Trąšų Fiziologinė Reakcija
Trąšų fiziologinė reakcija yra svarbi parenkant trąšas augalų tręšimui.
- Fiziologiškai šarminės trąšos: Šiai trąšų grupei priklauso natrio salietra (NaNO3), kalcio salietra (Ca(NO3)2), kalcio amonio salietra. Augalai negali pasisavinti Ca+2. Augalas pasisavina Na+, NO3-.
- Fiziologiškai rūgščios trąšos: Šiai trąšų grupei priklauso beveik visos kalio (KCl, K2SO4 ir kt.) ir amonio (NH4Cl ir kt.) trąšos. Augalas pasisavina K+, NH4+, dirvožemyje lieka Cl-.
- Fiziologiškai neutralios trąšos: Šiai trąšų grupei priklauso NH4NO3, KNO3 ir kt.
Svarbūs Dirvožemio Procesai
Nitrifikacija - (virtimas nitratais, jame dalyvauja bakterijos) NH4+ virsmas į NO3-. Pagal nitratinio azoto kiekį (kg/ha) dirvožemiai skirstomi: į labai mažo azotingumo, mažo azotingumo, vidutinio azotingumo, didelio azotingumo.
Amonifikacija - tai azoto organinių medžiagų skaidymasis iki amoniako (NH3), susidaro CO2. Dirvožemio bakterijos skaido organines dirvožemio formas dirvožemyje į amoniako formas. Šio proceso metu atsilaisvinęs azotas, tinkamas augalui pasisavinti.
Denitrifikacija - šlapiuose, supuolusiuose dirvožemiuose, kuriuose mažai deguonies, paplitusios anaerobinės dentrifikacijos bakterijos. Jos dirvožemio nitratus redukuoja iki amoniako arba laisvojo azoto. Šis procesas nepageidautinas, nes dėl jo būna azoto nuostolių.
Dirvožemio sorbcija - tai dirvožemio savybė pritraukti, sulaikyti kietas, skystas dujines medžiagas (jonus, molekules). Aktyviausiai sorbcija vykdo koloidinės dalelės, kuriose yra humuso.
- Mechaninė sorbcija: vandenyje sulaikyti neištirpusias daleles, stambesnes už poras (dumblas, organinės trąšos). Reikalingas sulaikyti reikalingas medžiagas, kad nepatektų į giliausius, augalams nepasiekiamus sluoksnius.
- Biologinė sorbcija: tai augalų ir dirvožemio organizmų įsisavintos maisto medžiagos, kurios dirvožemyje pasilieka organinių liekanų pavidalų.
- Fizikinė arba molekulinė sorbcija: sugebėjimas pritraukti tirpių medžiagų molekulės dėka dirvožemio paviršiuje esančios laisvos energijos.
Fotosintezė
Fotosintezė - tai organinių medžiagų (gliukozė, krakmolas, baltymai, lipidai, riebalai) gaminimas saulės šviesoje. Tik XIX a. pabaigoje mokslininkai suprato, kaip vyksta fotosintezė ir kad ji vyksta eukarijotų chromosomose. Iš fotosintezės reakcijos bendrosios lygties matome, kad padedamos saulės šviesos susijungia anglies dioksido ir vandens molekulės ir susidaro daug energijos turinti angliavandenio molekulė.
1930 m. C. B. van Nylis (van Niel) iš Stanfordo universiteto iškėlė mintį, kad fotosintezės metu išsiskiriantis deguonis yra atskilęs iš vandens, o ne iš anglies dioksido molekulių, kaip buvo manoma iki tol. Tą pavyko įrodyti dviem tarpusavyje nesusijusiais bandymais. Augalai buvo laikomi ore, kuriame anglies dioksidas buvo žymėtas, nes turėjo sunkiųjų deguonies atomų. Fotosintezės metu išsiskyrusio deguonies molekulėse sunkiųjų atomų nebuvo rasta.
Dviguba chloroplasto membrana gaubia didelę centrinę sritį, vadinamą stroma. Stroma - tai tirpalas su daugybe fermentų, kur CO2 pirmiausiai prijungiamas prie organinės molekulės, o paskui redukuojamas. Stromos viduje esančios membranos susiformuoja plokščius maišelius, vadinamus tilakoidais. Jie tam tikrose vietose sukrauti vienas ant kito į krūveles, vadinamas granomis. Taip jas pirmieji mikroskopu stebėję tyrėjai pavadino todėl, kad jos priminė grūdų krūveles. Manoma, jog kiekvieno tilakoido ertmė jungiasi su visų kitų tilakoidų ertmėmis, tad sudaro vieną bendrą uždarą sritį, vadinamą tilakoido ertme. Tilakoidų membranose aptinkama chlorofilo ir kitų pigmentų.
Fotosintezės procesas prasideda, apšvietus chloroplastą matomąja šviesa. Patekęs į chlorofilo molekulę, fotonas ją sudirgina: jos elektronai peršoka ant aukštesniųjų, t. y. labiau nutolsta nuo branduolio, orbitų.
ATP sintezė - kiti sužadinti elektronai dalyvauja susidarant makroenerginei jungčiai.
Tamsos fazė - ji vyksta chloroplastų stromoje, jai šviesa nebūtina, ti reikia pradinių medžiagų ir fermentų. Kalvino ciklo reakcijos - tai nuo šviesos nepriklausančios reakcijos, kurių metu sintetinami angliavandeniai.
Kalvino ciklo pirmasis etapas - tai anglies dioksido (CO2) fiksavimas. Tuo metu RuBP (ribuliozės bifosfato - penkis anglies atomus turinti molekulė) jungiasi su anglies dioksidu. Fermentas, kuris spartina šios reakcijos eigą, vadinamas RuBP karboksilaze (,,rubisco”). Šis baltymas sudaro 20 - 50% visų chloroplastuose esančių baltymų. Šešis anglies atomus turinti molekulė, susidariusi fiksuojant anglies dioksidą, tuojau pat skyla į dvi PGA (3 - fosfoglicerato) molekules, turinčias po 3 anglies atomus. Šioje reakcijų grandinėje naudojamos NADPH ir ATP molekulės, susidariusios nuo šviesos priklausančių reakcijų metu. Jos anglies dioksidą (CO2) redukuoja iki angliavandenio (CH2O).
Iš Kalvino ciklo metu susidariusių šešių PGAL molekulių penkios yra sunaudojamos trims RuBP molekulėms regeneruoti. Kai penkios PGAL molekulės panaudojamos trims RuBP molekulėms regeneruoto, trys ATP molekulės susiskaido į tris ADP molekules + P.
Kalvino ciklo metu susidaro vienintelė RuBP molekulėms regeneruoti nesunaudota PGAL molekulė. Šios reakcijos sunaudoja dalį ATP, susidariusios nuo šviesos priklausančių reakcijų metu.
Pirmoji molekulė, kurią pavyko nustatyti Melvinui Kalvinui, buvo PGA. Tai tik tris anglies atomus turintis junginys. Todėl Kalvino Ciklas vadinamas dar ir C3 ciklu. Šiuo metu jau aptikta augalų, kurie kitaip fiksuoja anglies dioksidą, todėl ne visada pirmoji anglies dioksido fiksavimo metu susidariusi molekulė turi anglies atomus.
Vykstant fotosintezei, augalai ir dumbliai apsirūpina maistu ne tik patys, bet parūpina jo ir visiems organizmams. Vandenynuose dumbliai, o sausumoje augalai yra maisto medžiagų gamintojai, kartu ir visų tipų mitybinių grandinių pirmoji grandis. Gyvūnai minta fotosintezę vykdančiais organizmais arba kitais gyvūnais, kurie savo ruožtu mito tais pačiais fotosintezės vykdytojais.
Vykstant fotosintezei, sugeriamas anglies dioksidas ir išskiriamas deguonis. Deguonis būtinas visiems organizmams, kurie yra aerobai (kvėpuoja oru). Ir aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose yra deguonies, kur iš jo susidaro ozono skydas, saugantis žemėje gyvenančius organizmus nuo saulės ultravioletinių spindulių kenksmingo poveikio. Tai, kad vykstan fotosintezei sugeriamas anglies dioksidas, taip pat labai svarbu: jo perteklius atmosferoje nuodingas gyvūnamas, be to, jis prisideda prie klimato globalaus atšilimo.